手术器械用的金属材料有什么要求

在地球上所有可用的材料中,只有少数满足了用于手术器械的设计和规范性要求。在本文中,我们将评估手术器械需要考虑的重要特性。

机械性能

我们知道,不同的金属具有非常不同的特性。找到适合每种手术设备需求的最佳性能至关重要。要考虑的一些问题包括:

延展性和延展性

该金属必须具有一定的延展性,以便可以成形而不会引起缺陷。但是,它一定不能太延展,因为一旦制造它就需要保持其形状。根据仪器/应用的不同,所使用的金属可能还需要具有一定的韧性。许多手术器械又长又薄,例如手术刀,镊子,剪刀等。手术期间它们不应折断。手术器械所需的最低模量为100GPa。

承受高温的能力

手术器械在灭菌过程中要经受高温。通过在最低摄氏121度的温度下喷射热蒸汽至少30分钟来对器械进行灭菌。反复消毒后,仪器的尺寸变化应最小。

磨损

外科医生需要每次使用时都能正常工作的器械。磨损会影响手术器械,因为在一定使用后它们将无法按要求运行。例如,剪刀可能会变钝,并且不容易切割组织。

耐腐蚀

手术器械越来越多地暴露于体液,自来水和清洁剂中。诸如血液或脓液之类的体液通常含有氯离子,会腐蚀器械。它们也要在自来水下冲洗,以除去它们中的体液。水中可能含有高浓度的矿物质,例如氯,钠和镁。如果放在仪器上,可能会导致严重的污渍和腐蚀。医院通常使用蒸馏水来部分解决问题。
各种清洁剂用于清洁器械上的细菌和感染。它们可以是碱性溶液,也可以是pH值不同的酸性溶液。随着时间的流逝,这种酸性/碱性溶液可能腐蚀手术器械。

生物相容性

简而言之,生物相容性是材料与活组织的相容性。生物相容性材料暴露于人体或体液中不会产生毒性或免疫反应。镍,铬和钴等元素可能会引起过敏和组织超敏问题。

磁性能

手术器械有时会在手术室中受到磁场的影响,例如MRI产生的磁场,会产生约1.5特斯拉的磁场。该磁场可以多种方式影响手术器械,包括:

磁场相互作用引起的有害运动(即导弹效应)

由于射频(RF)功率沉积而导致仪器发热

与仪器使用相关的摄影

在这种环境下,建议使用非磁性仪器,例如不锈钢,钛合金等。

强光

通过对手术器械进行阳极氧化,制造商可以改变金属的表面特性。这使得手术器械不反射。当外科医生/实验室操作员在手术灯或显微镜下工作时,防眩表面很重要。

人机工程学

轻巧的手术器械更易于操作,尤其是在长时间的手术,解剖或执行重复性任务时。这意味着钛外科工具比不锈钢外科工具更适合。

手术器械用金属

由于其独特的特性,用于外科器械的金属种类繁多。这些包括:-

不锈钢

不锈钢是外科器械中最常用的金属。它是一种高度耐腐蚀和防锈的合金,并且坚固耐用。不锈钢也是非磁性的,并且具有出色的强度重量比,这使得该器械在手术期间易于使用。
钢的选择根据所需的确定:

灵活性

硬度

抗拉强度

可延展性

这些要求基于要使用外科器械执行的操作。某些类型的钢可以进行硬化,而其他类型的则不能,这主要取决于钢的碳含量。该合金由不同数量的铁矿石和铬组成。大量的铬使钢具有“不锈钢”性能。铬在表面形成一层薄薄的涂层,称为“钝化层”,可防止腐蚀。
外科器械中最常用的钢成分如下:
碳0.17-0.25%硅1.0%锰1.0%含磷的0.045%硫0.043%铬12.0-14.0%
不难看出为什么不锈钢如此流行,但是在外科器械的生产中还使用了其他金属。

碳化钨

碳化钨(TC)是钨和碳的合金,用于制造各种乐器。这些包括:-

持针器

剪刀

切针机

电线拉紧器

由于TC比钢坚硬,因此具有出色的耐用性。通常,TC被焊接或焊接到仪器的钳口/工作端。可以将已焊接的TC插件与仪器分离并更换。

某些仪器零件和外壳是用轻质的铝制成的。铝采用称为阳极氧化的电化学工艺处理,该工艺在铝表面形成氧化层。氧化层具有很高的耐腐蚀性。某些清洁剂,消毒液和研磨刷会损坏保护层。

钛正被越来越广泛地使用,特别是在植入装置的制造中。由于金属具有极高的生物相容性,因此可用于修复骨折,例如钢板和螺钉。它也用于显微外科器械,其重量轻是避免外科医生疲劳的重要因素。钛还具有防眩光性能。

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